JPH0216580B2 - - Google Patents

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JPH0216580B2
JPH0216580B2 JP58233353A JP23335383A JPH0216580B2 JP H0216580 B2 JPH0216580 B2 JP H0216580B2 JP 58233353 A JP58233353 A JP 58233353A JP 23335383 A JP23335383 A JP 23335383A JP H0216580 B2 JPH0216580 B2 JP H0216580B2
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JP
Japan
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wire
copper
purity
weight
ball
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Kazuo Sawada
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Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
発明の分野 この発明は、IC、LSIおよびトランジスタなど
の半導体素子の組立に際し、チツプをステムに装
着した後、チツプ上の電極とステムのリードフレ
ームとを接続するのに用いる半導体素子結線用金
属線に関する。 発明の背景 半導体チツプの外部との接続に際しては、従
来、金を主成分とする貫金属細線が使用されてい
た。しかしながら、金線は極めて高価格になると
いう欠点があつた。また、一部では高価な金線の
使用を避けて、すなわち脱貴金属化を指向して、
アルミニウム合金線が使用されている。しかしな
がら、アルミニウム合金線では、以下に詳細に述
べるように様々な欠点があつた。第１に、細線へ
の加工性が金に比べてかなり劣るという問題があ
つた。第２に、接続に際し先端にボールを作成し
接続する場合、このボールの形状が不安定である
という欠点があつた。これは、アルミニウムの表
面に酸化被膜が生じやすく、これが強固なため不
安定性をもたらしているものである。第３に、強
度が小さく、ボンデイング強度あるいはループ線
の形成状態が良好でないという欠点があつた。第
４に、半導体素子上の電極への圧着に用いるキヤ
ピラリと反応しやすく、キヤピラリ先端がしばし
ば閉塞するという欠点もあつた。 半導体素子では、ppmオーダの信頼性が要求さ
れているが、アルミニウム合金線を結線用線に用
いた場合、上述のような種々の欠点を有するた
め、ppmオーダの信頼性を有する半導体素子は到
底得られない。 本願発明者は、上述の金線およびアルミニウム
合金線の双方の欠点を効果的に解消することを目
的として、すなわち安価でかつ信頼性に優れた半
導体素子結線用線を得ることを目的として、安価
な銅を用いて種々の実験を繰返した。より具体的
に言えば、本願発明者は、タフピツチ銅線、無酸
素銅線、あるいはこれらを基とした銅合金線を用
いて実験を繰返した。しかしながら、これらの銅
線では、珪素半導体素子上のアルミニウム電極へ
の接続に際し、ウエツジボンデイングもしくはネ
イルヘツドボンデイングなどの熱圧着法、超音波
ボンデイング法またはこれらを併用する方法のい
ずれにおいても、十分安定でありかつ信頼性に優
れた接続を得ることは困難であることがわかつ
た。銅合金がアルミニウムに比べて比較的硬いた
め、圧着のために要する圧力が、しばしば半導体
素子に損傷を与えてしまうからであつた。したが
つて、従来、半導体素子結線用線として銅線が実
用に供されている例は未だなかつた。 発明の概要 それゆえに、この発明の目的は、脱貴金属化を
果たし、安価であり、かつ信頼性に優れた接続を
なし得る、半導体結線用線を提供することにあ
る。 本願発明者は、上述の問題点を鋭意検討し、実
験を繰返したところ、純度99.995重量％以上の銅
を素材料として、該銅に、Zr、Be、Ag、Sn、
Ｂ、Si、Sb、Al、Cr、Ｙおよび希土類からなる
群から選択された１種以上の元素を0.03重量％ま
で含有させて細線を構成すれば、上述の目的を果
たし得る半導体素子結線用線を得ることができる
ことを見い出した。 「99.995重量％以上」としたのは、ボンデイン
グワイヤの変形挙動を、金線の場合に近づけ、圧
着時に珪素半導体素子を損傷することなく十分安
定でありかつ信頼性に優れた接続を得るためであ
る。「99.995重量％」未満では、珪素半導体素子
を損傷しやすいことがわかつている。この発明で
は、このような高純度の銅を素材料として、さら
に「Zr、Be、Ag、Sn、Ｂ、Si、Sb、Al、Cr、
Ｙおよび希土類からなる群から選択された１種以
上の元素」を「0.03重量％」まで含有させた材料
を用いる。これらの元素を加える理由は、上記変
形能を維持したままで、第１のボールボンデイン
グ部がボール形成時の加熱により軟化しすぎてボ
ンデイング強度の劣化を招いたり、および第２に
ループ線が出すぎた好ましくない状態となること
を防止するためである。なお、上記各元素は、ボ
ール形成能に改善効果を与えるものであるが、決
して変形態すなわちシリコンチツプを損傷するこ
とく圧着し得る軟らかさを損なうものではない。 この発明の実施にあたつては、第１図に部分切
欠き正面図で示すように。キヤピラリ１から先端
が露出した合金線２を加熱し、ボール３を形成
し、次に第２図に略図的正面図で示すように、硅
素半導体チツプ４上のアルミニウムからなる電極
５上に、たとえば超音波ボンデイングにより圧着
することにより、アルミニウム電極５に接続し得
る。なお、第２図において６はダイボンデイング
部、７はステム、８は外部リードフレームを示
す。 なお、第２図において想像線で示す９は、外部
リードフレーム８との接続を行なつた後のループ
線の形状の好ましくない状態、すなわちループ線
が寝すぎた状態を示すものであり、従来のアルミ
ニウム合金線を使用した場合、しばしばこのよう
な状態が発生していた。 この発明では、上記したように銅以外に微量元
素を加えるものであるため、第１図におけるボー
ル３に近接した合金線部分２ａにおける強度が高
められる。したがつて、外部リードフレーム８と
接続した後においても、ループ線は想像線で示し
た９のように寝すぎることはなく、好ましい状態
を保ち得る。 なお、従来の金線からなる半導体素子結線用線
の接続は通常大気下で行なわれていたが、この発
明の合金線の場合には、たとえばアルゴン、ヘリ
ウム、窒素、ネオンなどの還元性ガス雰囲気下で
行なわれる。銅線の表面に酸化被膜が生じること
を防止するためである。 発明の効果 この発明は、上述したように、99.995重量％以
上の銅を素材料として、該銅に、Zr、Be、Ag、
Sn、Ｂ、Si、Sb、Al、Cr、Ｙおよび希土類から
なる群から選択された１種以上の元素を0.03重量
％まで含有させてなる材料を用いるものであるた
め、脱貴金属化を果たし、安価な半導体素子結線
用線とすることができる。また、このような高純
度の銅を用いるものであるため、その酸化被膜特
性や表面張力等の性質に基づき、還元雰囲気下で
安定なボールを形成することができ、またアルミ
ニウム線の場合に比べて比較的小さなボールを形
成することもできるので、より小さな電極に接続
することが可能となる。さらに、アルミニウムに
比べて比較的高強度であるため、ループ線の状態
をより好ましいものとすることもできる。 さらに、上述のように高純度の銅を主成分とす
るものであるため、変形能が高く、したがつて珪
素半導体素子を損傷するおそれもない。（また極
細線への加工性にも優れるものである。また、銅
を主成分とするものであるため、アルミニウムあ
るいは銀などの電極材料との接合性に優れ、した
がつてアルミニウム電極や銀めつきリードフレー
ムとの接続強度を高めることも可能となる。）さ
らに、リードフレームに銅もしくは銅合金を用い
た場合には、リードフレームをめつきせずとも接
続することができ、より一層脱貴金属化を果たす
ことが可能となるなど、産業上多大の利益をもた
らすものであることがわかる。 この発明は、IC、LSI、トランジスタなどの
様々な素子のボンデイングワイヤに用いることが
でき、特に生産性に優れたボールボンデイングの
場合に最適なものであることを指摘しておく。 実施例の説明 この発明の実施例として、純度99.998重量％の
再電解銅および99.999重量％以上のゾーンメルデ
イング法により得られた高純度の銅を素材料と
し、第１表に示すように、99.7重量％以上の純度
の各種元素を混入し銅合金とし、細線に加工する
ことにより作成した。これを第１表に示すよう
に、それぞれ、本発明例１…10とした。また、従
来例として、従来から公知のアルミニウム細線を
準備し従来例１とし、また高純度のアルミニウム
に99.7重量％以上の純度のSiを1.0重量％混入させ
た合金線を従来例２とした。さらに、比較例１…
３として、純度99.95重量％の銅を素材料とし、
Ag、Sn、Siを、それぞれ0.02、0.05、0.02重量％
添加した銅合金線を準備した。また、純度99.999
重量％の銅を素材料とし、0.15重量％のZrおよび
2.0重量％のSnを添加して作成した銅合金線を、
比較例４および５として準備した。 上記した本発明例１…10、従来例１、２ならび
に比較例１…５を用いて、それぞれ、アルゴンガ
ス雰囲気下において、キヤピラリの先端に電気ア
ークによりボールを形成し、珪素半導体素子上の
アルミニウム電極と、各種のメツキを施した燐青
銅リードフレームとの接続を行なつた。この接続
結果の評価を、第２表ないし第４表に示す。 第２表ないし第４表から明らかなように、本発
明例１…10では、ボール形成能、ループ線の状
態、素子の損傷、伸線加工性、接続強度、リード
フレームとの接続性のいずれにおいても、良好な
性能を示すことがわかる。
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】 【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明を実施する際のボール形成
状態を示す略図的正面図である。第２図は、この
発明の半導体素子結線用の線の接続された状態の
一例を示す略図的正面図である。 ２は、半導体素子結線用線を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 純度99.995重量％以上のCuを素材料として、
    該Cuに、Zr、Be、Ag、Sn、Ｂ、Si、Sb、Al、
    Cr、Ｙおよび希土類からなる群から選択された
    １種以上の元素を0.03重量％まで含有させてな
    る、半導体素子結線用線。
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